鎵和鍺是什麼？為何中國出口管制被認為只是一次「警告」？

中國對兩種鮮為人知卻又至關重要的金屬實施出口管制，升級了與美國和歐洲在科技領域的貿易戰。

綜合媒體報導，眾多評論認為，這是中國採行反擊行動的第一步，只是一次「警告」，但為何選擇鎵和鍺，則引發不少討論。

發生了什麼？

中國和美國陷入了自 2019 年以來不斷升級的科技貿易戰。美國利用貿易黑名單和全面的出口限制，來切斷中國對關鍵技術零組件和半導體或晶片的供應。這些關鍵技術已成為兩個超級大國之間戰鬥的焦點。

到目前為止，中國尚未採取太多報復措施，但在 5 月份，先是將美國晶片公司美光科技列為「重大安全風險」。 如今，北京再靠自身優勢的領域—用於電子和半導體的金屬和材料，做出反擊。

中國海關總署周一 (3 日) 在官網公告：根據《中華人民共和國出口管制法》《中華人民共和國對外貿易法》《中華人民共和國海關法》有關規定，為維護國家安全和利益，經國務院批准，決定對鎵、鍺相關物項實施出口管制。公告自 2023 年 8 月 1 日起正式實施。

新規實施後，如果出口商想要開始或繼續出口，則需要向商務部申請許可。企業在申請時要提供最終用戶和最終用途證明，並說明進口商和最終用戶情況。

鎵和鍺是什麼？

這兩種金屬都是銀白色的，通常被歸類為稀有金屬，在自然界很少存在，而通常是鋅和氧化鋁等主流原物料冶煉過程中的副產品。

與銅或石油等其他大宗商品相比，它們的市場規模很小 — 例如，政府數據顯示，美國 2022 年進口的金屬鎵和砷化鎵晶圓價值僅 2.25 億美元左右。但它們在戰略性行業的用途，意味著這些限制措施仍可能產生深遠的影響。

它們的用途是什麼？

這兩種金屬在晶片製造、通信設備和國防領域有各種各樣的專業用途。

鎵有「電子工業脊梁」之稱，在半導體行業和太陽能電池行業得到廣泛應用。金屬鎵具有優異的電學性能，導電性能比矽和鍺更好。主要用於複合半導體、電視和手機屏幕、太陽能電池板和雷達等。

鍺的用途包括光纖通信、夜視鏡和太空探索 —大多數衛星都使用基於鍺的太陽能電池，近年來對使用鍺透鏡的熱成像設備的需求增加。此外，在光纖材料中加入鍺可以提高通信性能，在太陽能電池板生產中加入含鍺的矽化合物可以改善太陽能電池板生產中的能量差。

中國有多重要？

這些小型和利基市場的貿易流很難跟蹤，但據今年歐盟的一項關鍵原物料研究，中國在這兩種金屬上都處於絕對「壟斷」地位，據稱占到了 94% 的鎵供應、83% 的鍺供應。

金屬行業資訊提供商 CRU Group 稱，雖然這兩種金屬都是可替代的，但用替代品可能成本更高，並可能損害性能。

砷化鎵生產工藝複雜，全球只有少數公司能夠做到。 CRM 聯盟表示，其中一個位於歐洲，其他則位於日本和中國。

中國實施的限制措施有多大？

歐亞集團周一在一份報告中表示，「這是一次警告，而不是致命一擊。」

「但這些最新措施的範圍更加有限，雖然新規定要求中國出口商首先獲得許可證，但沒有任何語言，自動禁止向特定國家或最終用戶出口。」

美國和歐洲並不大量進口這些材料。 根據政府數據，2022 年美國進口 500 萬美元的金屬鎵和 2.2 億美元的砷化鎵。德國進口了 6000 萬美元的鍺，而歐盟進口了 1.3 億美元的鍺。

中國以外的生產情況如何？

其他有鎵產能的國家包括俄羅斯和烏克蘭 (作為氧化鋁的副產品生產)，以及南韓和日本 (作為鋅的副產品)。在北美、Teck Resources Ltd. 位於不列顛哥倫比亞省的 Trail 冶煉廠，鍺作為鋅、鉛等金屬冶煉的副產品被生產出來。

其他生產商包括特種材料製造商 5N Plus Inc. 和美國的 Indium Corporation。在歐洲，比利時的 Umicore SA 會生產這兩種金屬。

而且一些礦的這兩種金屬含量較高，可能帶來增加供應的機會，例如料將於明年在剛果啟動的 Kipushi 鋅項目。

其他國家能增產嗎？

這兩種金屬都不是特別稀有，但加工成本可能很高。由於中國長期以來一直以相對低廉的價格出口它們，因此其他地區的提煉設施很少。隨著中國增產，包括德國和哈薩克在內的國家已經減產。

但如果中國的行動導致價格飆升，分析師預計其他供應國將提高產量，以滿足需求。

回收也可能很關鍵。工廠廢料已經貢獻了部分供應，根據美國地質調查局，鍺廢料還會從退役坦克和其他軍用車輛的窗戶裡回收。

還有哪些進一步具體應用？

金屬鎵：是一種性能優良的電子原材料，下游應用領域廣泛，主要應用於製作光學玻璃、真空管、半導體的重要原料。

氮化鎵是近年來比較熱門的第三代化合物半導體材料，在高功率電子器件（比如快充充電器）、高速光電子器件、高亮度發光二極管 (LED) 和高效能太陽能電池等領域有廣泛應用。此外，氮化鎵還被用於製造紫外線激光器、無線電通信設備、醫療器械等。

氧化鎵則是一種 “超寬禁帶半導體” 材料，也屬於“第四代半導體”，具有耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻照等特性。並且，在同等規格下，寬禁帶材料可以製造 die size 更小、功率密度更高的器件，節省配套散熱和晶圓面積，進一步降低成本。

其實在 2022 年 8 月，美國商務部產業安全局（BIS）對第四代半導體材料氧化鎵和金剛石實施出口管制，認為氧化鎵的耐高壓特性在軍事領域的應用對美國國家安全至關重要。此後，氧化鎵在全球科研與產業界引起了更廣泛的重視。

磷化鎵是由元素鎵與元素磷合成的 Ⅲ—Ⅴ 族化合物半導體，是製作半導體可見發光器件的重要材料，主要用作製造整流器，晶體管、光導管、激光二極管和致冷元件等。

磷化鎵是具有電致發光性能的半導體，當引入能形成等電子陷阱的雜質後，其發光效率會大大提高，並且能根據引入雜質的不同而發出不同顏色的光來。例如在磷化鎵中摻入氮則發綠 Chemicalbook 光，摻入鋅 - 氧對則發紅光，因此磷化鎵是製作可見光發光二極管和數碼管等光電顯示器件的重要材料，此外還可用來製作光電倍增管、光電存儲器、高溫開關等器件。

砷化鎵是當前主流的第二代化合物半導體材料之一，可以用來製作 LED(發光二極管)，主要是黃光、紅光和紅外光（氮化鎵禁帶更寬，主要用來發藍光、綠光和紫外光），具有效率高、器件結構精巧簡單、機械強度大、使用壽命長等特點。如果砷化鎵作為發光材料，加上泵浦源和諧振腔，即可選頻製成激光器。典型應用就是 VCSEL（垂直腔表面發射激光器），廣泛應用在短距離數據中心光纖通信，結構光 / TOF 人臉識別等。

銦鎵砷是一種 III-V 族半導體，具有晶格匹配性好、帶隙可調節、大尺寸產品均勻性好等優點，是第四代半導體材料，也是新一代紅外發光材料，在光電芯片、紅外探測器、傳感器等領域擁有巨大應用價值，以其為敏感材料製造而成的紅外探測器，具有高靈敏度、高可靠性、低功耗、低成本等優點，可以廣泛應用在智能駕駛、安防監控、儀器儀表等領域。

在光電晶片領域，為製造體積更小、功能集成度更高的晶體管，傳統矽材料已無法滿足需求，砷化銦鎵可達到此要求。

在傳感器領域，由於砷化銦鎵靈敏度高，可製造 InGaAs 紅外掃描相機，是 OCT（光學相干斷層掃描）的關鍵組成部分，可提高人體組織穿透性，並實現高速成像。OCT 是新型醫學影像技術，在生物組織活體檢測與成像方面效果顯著，在臨床上可以廣泛應用在眼科、牙科、皮膚科、癌症早期診斷等方面，是醫療領域重要疾病診斷技術之一，此外也可以應用於工業測量領域。

硒化鎵是一種重要的二元半導體，在太陽能電池、光探測器及集成光電子器件等領域有很好的應用前景。

另外，由於硒化鎵晶體具有優異的抗干擾性能和低損耗性能，它可以用於高精度技術應用，如高精度電子儀器、電氣控制系統和光學系統。此外，硒化鎵晶體還具有優異的耐腐蝕性和低氧化性，可以用於各種酸性和鹼性腐蝕性環境中的應用，是一種優良的精密機械製造材料。

銻化鎵屬於 III-V 族化合物窄帶隙半導體，常用作襯底材料，可以廣泛應用在紅外探測器、激光器、發光二極管、光通信、太陽能電池等行業中。

在光通信中，波長越長的光在傳輸過程中損耗越低，工作波長 2-4μm 的非矽材料光傳輸損耗更低，銻化鎵可以工作在此波段範圍內，並且能夠與其他 III-V 族材料晶格常數相匹配，制得的 GaSb/GaInAsSb 等產品光譜範圍符合光通信的低損耗要求。

銻化鎵半導體主要應用於光纖通訊的發射基站，其傳輸信號的頻率可以達到 300 赫茲以上。銻化鎵 (銻化物半導體材料) 未來在 6G 等應用上，可能是不可替代的傳輸載體。

除此之外，銻化鎵在太陽能電池中也有巨大應用價值。2017 年 7 月，美國喬治華盛頓大學與其他科研機構、高校以及公司合作，設計出一款銻化鎵基太陽能電池，可以捕獲不同波長的太陽光，光電轉化效率達到 44.5%，遠高於同期其他太陽能電池。

金屬鍺是一種灰白色準金屬，也是典型的稀散金屬，在實際開採中，通常和含硫化物的鉛、銅以及煤炭等相伴而生。不僅含量少、開採難度大，而且提取也極為麻煩，因此它的產量始終都不高。

從產量來看，根據 2019 年的行業報告顯示，全球一年的原生鍺的產量為 131 噸，和年產幾萬億噸的銅鐵完全不具備可比性。而在為數不多的產量中，中國產量居於世界榜首，供給量佔比超過六成。

常規的金屬鍺製備方法為，鍺原料通過酸蒸餾成為四氯化鍺，四氯化鍺再經過水解轉化為二氧化鍺，二氧化鍺再經過還原成為還原鍺，還原鍺再進行區熔提純過程得到金屬鍺。中間需要經過水解、還原、區熔等過程，生產工藝流程較長，設備設施投入較多，過程中帶入雜質造成金屬鍺產品二次污染的機率較大。

磷鍺鋅晶體是一種新型的中遠紅外波段非線性光學材料，可實現激光器的小型化、固態化和高功率輸出，在民用和國防領域有重要應用。民用領域可應用於紅外光譜、紅外醫療器械、大氣中有害物質監測、遠距離化學傳感、深空探測等；國防領域可應用於紅外激光定向干擾、紅外遙感、激光雷達等。

二氧化鍺：化學式 GeO2，二氧化鍺是製造其他鍺產品的基礎材料，例如光纖四氯化鍺、區熔鍺錠、鍺化合物等，廣泛應用在電子、化工、塑料、光學鏡頭、光學玻璃、半導體材料以及光譜分析材料等領域。

四氯化鍺：是一種無色的發煙液體，帶一股獨特的酸性臭味。它是生產高純鍺過程中的反應中間體。四氯化鍺可用來生產純金屬鍺，高純四氯化鍺可用來製備高純二氧化鍺，純度更高的光纖級四氯化鍺可作為摻雜劑用於光纖預製棒生產中，可以實現光纖無損耗信號傳輸，大幅提高光纖性能。